一种改性橡胶沥青及其制备方法
技术领域
本发明涉及道路工程中的橡胶沥青改性技术领域，具体一种改性橡胶沥青及其制备方法。
背景技术
废轮胎制备的废胶粉是一种高弹性材料，具有广泛的应用，可应用于沥青、塑料、橡胶、水泥、纤维素等，其中作为沥青改性剂的应用最为广泛。作为一种沥青改性剂，废旧轮胎胶粉具有广泛的来源和较低的生产价格，又能够解决废轮胎导致的“黑色污染”问题。胶粉加入沥青中，能够增加橡胶沥青的抗塑性形变，同时粘性和弹性上升，抗老化性性能得到改善。橡胶沥青能改善路面铺装质量、减少行车噪声，延长道路使用寿命。
然而由于胶粉的分子结构是三维交联的体型结构，且表面活性基团少，当加入基质沥青时，相容性较差，界面相互作用弱，橡胶沥青的综合性能仍有待提升。针对胶粉与沥青界面作用弱的问题，目前主要有直接添加、对胶粉改性以及同时对胶粉和沥青进行改性等三种方法，以提升胶粉与沥青的界面相互作用，从而改善沥橡胶沥青的综合性能。在文献【Anwar Parvez M et al.Utilization of sulfur and crumb rubber in asphaltmodification[J].Journal of Applied Polymer Science,2014,131(7):40046.】中，在橡胶沥青中添加硫磺改性橡胶沥青；在文献【侯德华.微波活化胶粉及其改性沥青性能研究[D].西安：长安大学，2018：11-20】中，对胶粉进行微波改性处理，应用于沥青中，从而改善胶粉沥青之间的界面相互作用；在专利CN201610721567.7中，先将沥青熔融后,在紫外光催化下,与氯气发生取代反应,再与氢氧化钠溶液反应,使沥青表面生成活性基团,再将废轮胎粉与漂白粉和去离子水混合发生氧化反应,使胶粉表面产生大量活性基团,再将活化后的沥青与胶粉混合反应,得到改性橡胶沥青；这些方法都对橡胶沥青的综合性能有一定的改善，其中后两种方法需要对胶粉或者沥青进行改性，过程比较复杂，生产成本较高，直接添加法在有效改善橡胶沥青的性能情况下，工艺简单直接，更加经济环保。本发明采用直接添加法，具体是通过两亲性化合物改善胶粉与沥青的界面作用，从而改善橡胶沥青综合性能的方法未见相关专利以及文献报道。
发明内容
本发明针对目前橡胶沥青的界面相互作用弱以及改性方法复杂改性效率低的技术问题，用两亲性改性剂通过直接添加法改性橡胶沥青，两亲性改性剂既具有疏水的非极性结构，又具有亲水的极性结构，兼具疏水以及亲水的性质，能够提升胶粉以及沥青的相容性，改善胶粉与沥青的界面相互作用，进而改善橡胶沥青的综合性能。本发明采用的改性橡胶沥青的制备方法同时具备性能优良且工艺简单成本低的特点。
本发明技术方案如下。
一种改性橡胶沥青的制备方法，制备步骤如下：将改性剂、胶粉和沥青充分混合、乳化和恒温发育，得到改性橡胶沥青。
进一步地，所述的改性剂为两亲化合物。
进一步地，所述的改性剂为两亲化合物为季铵盐类、环糊精类、脂肽类物质中的一种以上。
进一步地，所述的季铵盐类为十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基二甲基苄基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵、双十八烷基二甲基溴化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、十八烷基二甲基羟乙基铵、十六烷基三甲基磺酸铵、十八烷基三甲基磺酸铵中的一种以上；环糊精类为α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精、磺丁基醚环糊精，羧甲基环糊精中的一种以上；脂肽类为醋酸脂肽，棕榈酰六肽，芬荠素，表面活性素，达托霉素，芽孢菌霉素，抗霉枯草菌素，棘白霉素，制磷脂菌素，伊枯草菌素中的一种以上。
进一步地，所述改性剂与沥青的质量比为0.1-10:100。
进一步地，所述胶粉与沥青的质量比为5-50:100。
进一步地，所述步骤中充分混合的温度为120-200℃，搅拌速度为200-800r/min,搅拌时间为0.5-4h；乳化的温度为150-200℃，搅拌速度为2000-10000r/min，时间为0.5-4h；恒温发育的温度为160-210℃，时间为0.5-4h。
本发明提供两亲性改性剂的通式，为(CnHm)-X，其中-CnHm为疏水的烷烃基团，能够与胶粉或者沥青中的非极性成分有较好的相容性；而-X为亲水的极性基团，能够与胶粉或者沥青中的极性成分较好地相容；同时具有亲水与疏水的性质使两亲性改性起到连接胶粉与沥青的作用，改善胶粉与沥青的界面相互作用。
本发明具有以下优点：
(1)本发明采用的两亲性改性剂添加量少，成本低，且通过直接添加的方法，工艺简单，经济环保。
(2)两亲性改性剂能增强胶粉与沥青的相容性，提升橡胶沥青的界面相互作用。
(3)改性的橡胶沥青综合性能得到提升：其中5℃延度提高，低温性能提升；针入度下降，温度敏感性下降，硬度增加；软化点提升，抗高温软化性能增强。
附图说明
图1为对比例中制备的橡胶沥青的扫描电镜图；
图2为实施例1中制备的橡胶沥青的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
对比例
胶粉和沥青经充分混合、乳化和恒温发育，得到橡胶沥青，其中沥青的质量为500g，胶粉与沥青的质量比为30:100，充分混合的温度为160℃，转速为400r/min,搅拌时间为2h；乳化的温度为160℃，转速为6000r/min，剪切乳化时间为2h；恒温发育的温度为170℃，时间为2h。将得到的橡胶沥青，浇模，测试橡胶沥青的延度(5℃)，软化点，粘度(175℃)以及针入度(25℃)。测试结果见表1。同时将得到的橡胶沥青压成平整光滑的薄片，用液氮脆断，观察截面的微观形貌，测试结果见图1。凸起的为胶粉颗粒，胶粉在沥青中分布较不均匀，且胶粉与沥青存在明显的界面分离，界面结合较差。
实施例1
十六烷基三甲基溴化铵、胶粉和沥青经充分混合、乳化和恒温发育，得到改性橡胶沥青，其中沥青的质量为500g，十六烷基三甲基溴化铵与沥青的质量比为5:100，胶粉与沥青的质量比为30:100；充分混合的温度为160℃，转速为400r/min,搅拌时间为2h；剪切乳化的温度为160℃，转速为6000r/min，乳化时间为2h；恒温发育的温度为170℃，时间为2h。将得到的改性橡胶沥青，浇模，测试改性橡胶沥青的延度(5℃)，软化点，粘度(175℃)以及针入度(25℃)。测试结果见表1。同时将得到的橡胶沥青压成平整光滑的薄片，用液氮脆断，观察截面的微观形貌，测试结果见附图2。由图2可以看出，凸起较少，胶粉与沥青的界面较为模糊，说明胶粉在沥青中的分散更均匀，界面结合更好。十六烷基三甲基溴化铵能够改善胶粉与沥青的相容性，进而增强两者的界面结合。
实施例2
α-环糊精、胶粉和沥青经充分混合、乳化和恒温发育，得到改性橡胶沥青，其中沥青的质量为500g，α-环糊精与沥青的质量比为0.1:100，胶粉与沥青的质量比为5:100；充分混合的温度为120℃，转速为800r/min,搅拌时间为4h；乳化的温度为150℃，转速为2000r/min，剪切乳化时间为4h；恒温发育的温度为160℃，时间为4h。将得到的改性橡胶沥青，浇模，测试改性橡胶沥青的延度(5℃)，软化点，粘度(175℃)以及针入度(25℃)。测试结果见表1。
实施例3
醋酸脂肽、胶粉和沥青经充分混合、乳化和恒温发育，得到改性橡胶沥青，其中沥青的质量为500g，醋酸脂肽与沥青的质量比为0.5:100，胶粉与沥青的质量比50:100；充分混合的温度为200℃，转速为200r/min,搅拌时间为0.5h；剪切乳化的温度为165℃，转速为10000r/min，乳化时间为0.5h；恒温发育的温度为210℃，时间为0.5h。将得到的改性橡胶沥青，浇模，测试改性橡胶沥青的延度(5℃)，软化点，粘度(175℃)以及针入度(25℃)。测试结果见表1。
实施例4
十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、胶粉和沥青经充分混合、乳化和恒温发育，得到改性橡胶沥青，其中沥青的质量为500g，改性剂与沥青的质量比为2:100，十二烷基三甲基氯化铵与十六烷基三甲基氯化铵的质量比为3:1，胶粉与沥青的质量比为40:100；充分混合的温度为150℃，转速为300r/min,搅拌时间为1h；剪切乳化的温度为180℃，转速为5000r/min，乳化时间为1.5h；恒温发育的温度为195℃，时间为1h。将得到的改性橡胶沥青，浇模，测试改性橡胶沥青的延度(5℃)，软化点，粘度(175℃)以及针入度(25℃)。测试结果见表1。
实施例5
十六烷基三甲基磺酸铵、芬荠素、胶粉和沥青经充分混合、乳化和恒温发育，得到改性橡胶沥青，其中沥青的质量为500g，改性剂与沥青的质量比为3:100，十六烷基三甲基磺酸铵与芬荠素的质量百为2:1，胶粉与沥青的质量比为25:100；充分混合的温度为180℃，转速为500r/min,搅拌时间为2.5h；剪切乳化的温度为170℃，转速为3000r/min，乳化时间为2.5h；恒温发育的温度为180℃，时间为1.5h。将得到的改性橡胶沥青，浇模，测试改性橡胶沥青的延度(5℃)，软化点，粘度(175℃)以及针入度(25℃)。测试结果见表1。
实施例6
磷脂菌素、γ-环糊精、胶粉和沥青经充分混合、乳化和恒温发育，得到改性橡胶沥青，其中沥青的质量为500g，改性剂与沥青的质量比为10:100，磷脂菌素、γ-环糊精的质量比为2:3，胶粉与沥青的质量比为20:100；充分混合的温度为190℃，转速为700r/min,搅拌时间为3h；剪切乳化的温度为190℃，转速为8000r/min，乳化时间为2h；恒温发育的温度为200℃，时间为2.5h。将得到的改性橡胶沥青，浇模，测试改性橡胶沥青的延度(5℃)，软化点，粘度(175℃)以及针入度(25℃)。测试结果见表1。
实施例7
羧甲基环糊精、十八烷基三甲基磺酸铵、表面活性素、胶粉和沥青经充分混合、乳化和恒温发育，得到改性橡胶沥青，其中沥青的质量为500g，改性剂与沥青的质量比为8:100，羧甲基环糊精、十八烷基三甲基磺酸铵、表面活性素的质量比为1:1:1，胶粉与沥青质量比为25:100；混合温度为170℃，转速600r/min,搅拌时间为2h；乳化温度为200℃，转速为4000r/min，剪切乳化时间为3h；恒温发育温度为190℃，时间为3h。将得到的改性橡胶沥青，浇模，测试改性橡胶沥青的延度(5℃)，软化点，粘度(175℃)以及针入度(25℃)。测试结果见表1。
表1改性橡胶沥青及对比橡胶沥青性能
